太空太阳能的时代可能要来了！未来的星球大战或将从空间太阳能电站打起

太空太阳能的时代可能要来了！科学家表示，这个长期的科幻梦想可能在未来十年左右成为现实。

1． 太空，无落日

光伏发电的一大障碍就是不连续。

无论是跟踪式还是固定式光伏发电，电池板总是会受到日起日落、昼夜交替、阴晴云雨等影响。太空中光伏发电最大的好处就是光照强、无遮挡、全天候。

数十年来，通过功率发射卫星在太空中进行光伏发电的想法一直吸引着研究人员。如今随着太阳能发电的广泛普及，世界各地又开始新的关注：无论是美国和中国，还是日本及欧洲，研究人员都在致力于将太空太阳能发电变成现实。你要理解的是：这里所说的太空光伏，不是为了卫星。

图1：Peter Glaser，太阳能卫星概念最早提出者 图片来源：Arthur D． Little Inc．

2． 回顾：大想法

无线电力传输的想法可以追溯到19 世纪末，到 1968 年，美国太空先驱Peter Glaser 详细阐述了太阳能卫星的概念并获得专利。他设计了一种使用太阳能电池从阳光中收集能量的新方法，并将能量通过微波发射到地球上的接收天线（“整流天线”），再将这些微波转换为电能并提供给电网。

为了证明这一想法的可行性，在 1970 年代中期，美国宇航局喷气推进实验室首先成功进行了数十千瓦的微波功率传输实验，从而证明将电能通过微波传输是可以实现的。

2008年，美国和日本在夏威夷两座相距90英里的海岛上，成功实现了微波级能量的无线远距传输，这个距离相当于从太空轨道传送能量到地面所要穿透的大气层厚度。

此后美国空军研究实验室开展SSPIDR太空太阳能增量和示范研究项目，旨在将能量从太空传输到地球。研究人员用几个小规模飞行实验电池板构建原型太阳能配电系统，探索空间发电及传输技术。

图2：太空太阳能增量和示范研究 （SSPIDR） （图片来源：空军研究实验室（AFRL）

在过去的十年中，研究人员取得了令人瞩目的进步，增加了在未来十年实现空间太阳能 （SSP – Space Solar Power） 的可能性。

关键是，在对气候变化的关注下，各国都在致力于实现零碳排放，可再生能源是助力零碳排放的重要工具。研究人员表示，鉴于最近的这些进展，应该重新审视 SSP 作为可持续能源替代品的长期愿景。

然而实现 SSP 的两个最大障碍一直是发射成本和硬件成本，实现空间发电需要的卫星数量和系统规模将是巨大的。

2021年4月，中国宇航学会空间太阳能电站专委会成立，同年，我国的首个空间太阳能电站在重庆市的璧山片区已经开始建设，这一整个科学项目的投资是26亿元，将在整个片区建立起非常完善的基础设施，同时会有相应的试验场、调试空间、太空育种区域以及科教中心。

3． 当下：新机遇

最近，科学家正在将人造巨型星座变成现实。

SpaceX 提出了Starlink宽带网络，这是一项大规模生产卫星的工作，现在每月生产 30 吨卫星，而规划是在五年内制造 40，000 颗卫星，并将其全部发射。

如果数万颗卫星能进入太空，那将在太空形成一个卫星网络，太空发电的低成本硬件路径就可以成为现实。当模块化的空间光伏卫星进入批量生产，就能克服降低成本和降低硬件成本的障碍。”

在科学家看来，空间发电的的经济性，一直以来从未如此可行，在未来十年内很有可能进入商业化应用。世界各国太空发射能力的进步，2021年美国尝试在太空中为空间站更换了一组老旧的太阳能电池板；中国的宇航员也出舱为天宫站的太阳翼进行了在轨转移，首次尝试了空间太阳能发电板的组装、维护和服务。

太阳能电池技术本身的增长，都让空间太阳能发电从梦想到现实越来越近。中、美、欧等航天领先国家，对空间太阳能发电的技术研究正在加速，已准备好迎接曙光。

据报道，中国太空光伏电站将安装四部走设想向前推进，第一阶段2011 － 2020年进行太空电站的验证与设计，第二阶段2021年 － 2025年将建成第一个低轨道空间电站系统，第三阶段2026 – 2040年的将发射太空电站系统并完成组装，第四阶段2036 － 2050年将正式实现电站商业运营，设计寿命30年。

如果顺利，中国光伏人将有幸在未来几年内见证中国低轨道空间太阳能电站系统的成功发射、安装和运行。

4． 未来：天体电

在科学家看来，光伏行业的未来：电从天上来。

美国航天研究所所长James Michael Snead创造了“天体电”一词来描述空间太阳能发电系统产生并传输的电力。

世界需要石油和天然气的替代品，即将到来的“天体电时代”时，就可以帮助维持人类的工业生活水平。

科学家设想在22世纪期间，大约 20％ 的电力来自陆地核能和可再生能源，另外80％ 的电力将由“天体电”提供。

据英国一家领先系统、工程和技术公司称，天基太阳能可以帮助英国到 2050 年实现净零排放。

一般的想法是开发从地球发射并在地球静止轨道上自主组装的空间太阳能电站，但在科学家看来，建造所需的数千个 SSP 平台需要进行大量的太空工业化工作，预期到本世纪末将有超过 100 万人在太空中参与。

5． 太空：抢位战

“正如过去 80 年来对中东石油的军事、经济和外交控制对世界事件产生了重大影响一样，对太空太阳能发电平台的控制将在本世纪主导外层空间活动，”美国航天研究所所长Snead已经从政治、外交和国家能源安全的角度考虑未来的空间太阳能发电。

Snead 认为，如果 SSP 在本世纪晚些时候成为现实，那么美国军方将被要求保护和捍卫这些新的国家能源安全来源，就像它今天保护波斯湾的石油基础设施一样。

Snead 建议，首先美国需要抢占并建立在整个地月系统中运行的“占星学”基础设施。地球上空的太空面积就这么大，数万颗卫星的布局不只是布置在本国上空，像美国这样的全球霸凌，必须具备像现在的卫星通信网络一样的空间太阳能发电基站，以供其全球军事设施的用电需求。

在 2020 年 5 月发射的最新任务中，美国太空军的机器人X－37B 太空飞机携带光伏射频天线模块飞行实验 （PRAM－FX），旨在将太阳能转化为射频微波能量，评估阳光到微波转换的性能。

此外，如果太空中到处都是太阳能发电空间站，必然会造成空间资源短缺、拥堵到相撞，并影响其它卫星的发射和运营。

未来的星球大战，或许就将从空间太阳能电站打起。

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